JP2010036053A - 濾過装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁性粒濾材をきれいに洗浄することができる濾過装置を提供する。
【解決手段】濾過装置１０は、濾過槽１１と、濾材ユニット１２と、磁石１９と、液中エア吹付け機構５０を備えている。濾材ユニット１２は、金属球からなる多数の磁性粒濾材３１を有している。磁石１９が第１の位置にあるとき、磁性粒濾材３１に磁界が及ぶことにより、磁性粒濾材３１どうしが磁気的に吸着される。磁石１９が第２の位置に移動すると、磁性粒濾材３１どうしの磁気的な吸着が解除される。磁性粒濾材３１を洗浄する際、磁性粒濾材３１の上側に存在する液Ｑ２が磁性粒濾材３１の間を通って落とされる。液中エア吹付け機構５０は磁性粒濾材３１の上方に配置され、磁性粒濾材３１を洗浄する際に、磁性粒濾材３１の上側の液Ｑ２中にエアを磁性粒濾材３１に向って噴出する。液Ｑ２が自重によって移動しつつ、液中エア吹付け機構５０から噴出するエアによって液Ｑ２が磁性粒濾材３１の間を流れることにより、磁性粒濾材３１が洗浄される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、微粒子等の除去対象物を含む液を濾過するための濾過装置に関する。

たとえば精密な加工を行う工作機械では、加工部の潤滑あるいは冷却のためにクーラント等の液が使用されている。この種の液はワークの加工に伴って切り粉等が混入するばかりでなく、ダスト、カーボンなどの微粒子も混入することもあって次第に汚れてゆくことが避けられない。汚れた液を濾過するために、工作機械から生じる切り屑を濾材として利用し、この濾材を電磁コイルによって磁化させることにより、液中の磁性体不純物を捕捉するフィルタ装置が提案されている。（下記特許文献１参照）
特許文献１のフィルタ装置は、濾材として切り屑を用いるため、濾過精度のばらつきが大きい。しかも濾材に用いる切り屑の表面状態がきわめて荒いため、濾過能力が低下したときに、濾過能力を回復させるために濾材を洗浄することが困難である。このため濾材の切り屑を頻繁に交換する必要があるという問題がある。

本発明者は、洗浄の容易なスチールボールなどからなる球形の磁性金属球を濾材に用い、磁石によって磁性金属球を吸着し固定する濾過装置を開発した。この濾過装置は濾過精度が高く、しかも濾材の洗浄が容易である。（下記特許文献２参照）
特開平１１−７７４７９号公報 特開２００７−１０５７０６号公報

磁性金属球を用いる濾過装置の濾材ユニットは、濾材収容ケースと、濾材収容ケースの内部に収容された多数の磁性金属球とを有している。濾材ユニットが一定の汚れに達したとき、濾材ユニットの磁性金属球を洗浄する必要がある。前記特許文献２に記載された濾過装置では、洗浄工程において、磁性金属球の上側に溜まっている液（クリーン液）を磁性金属球の間を通しながら処理槽に向けて落とすことにより、この液によって磁性金属球を洗浄するようにしている。処理槽内に落とされた液に含まれるスラッジ等は、セパレータ等の処理装置によって除去される。しかし前記洗浄工程において、磁性金属球の上側に溜まっている液を落とすだけでは、磁性金属球を十分洗浄しきれないことがあり、洗浄効果の点でさらなる改良の余地があった。

従って本発明の目的は、洗浄工程において磁性粒濾材を十分きれいに洗浄することができる濾過装置を提供することにある。

本発明の濾過装置は、濾過すべき液が導入される濾過槽と、前記濾過槽の内部に収容される濾材ユニットと、前記濾材ユニットに磁界を与える磁石ユニットとを有する濾過装置において、前記濾材ユニットは、濾材収容ケースと、該濾材収容ケースの内部に収容された磁性材料からなる多数の磁性粒濾材を有し、前記磁石ユニットは、前記濾材ユニットに対して第１の位置と第２の位置とに相対移動可能で前記第１の位置において前記磁性粒濾材に磁界を与えることによって前記磁性粒濾材どうしを磁気的に吸着させて互いに固定し、前記第２の位置において前記磁性粒濾材どうしの磁気的な吸着を解除するための磁石とを有し、さらにこの濾過装置は、前記濾過槽内の前記液を濾過する際に前記磁性粒濾材の下側に存在する濾過前の前記液を前記磁性粒濾材の間を通しながら前記磁性粒濾材の上側に向って移動させる液供給手段と、前記磁性粒濾材を洗浄する際に前記磁性粒濾材の上側に存在する濾過後の液を前記磁性粒濾材の間を通しながら落とす液排出手段と、前記磁性粒濾材の上方に配置され、前記磁性粒濾材を洗浄する際に前記磁性粒濾材の上側の液中にエアを噴出するとともに、このエアによって付勢された液流を前記磁性粒濾材に向わせる液中エア吹付け機構とを具備している。

本発明の好ましい形態では、さらに、前記磁性粒濾材を洗浄する際に前記磁性粒濾材の上側の前記液の液面に大気圧以上のエア圧を加えることによって該液を前記磁性粒濾材に向けて移動させる補助エア供給手段を有している。

本発明によれば、磁性粒濾材の洗浄工程において、磁性粒濾材の上方に存在する濾過後の液中に、前記液中エア吹付け機構によってエアを前記磁性粒濾材に向けて噴出し、この噴出するエアによって流動する液を磁性粒濾材の間を通しながら落とすことによって、前記磁性粒濾材を効果的にきれいに洗浄することが可能となり、その後に行なわれる濾過工程において、高い濾過精度を発揮することができる。

以下に本発明の一実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
図１に示された濾過装置１０は、濾過すべき液が導入される濾過槽１１と、濾過槽１１の内部に収容された濾材ユニット１２と、濾材ユニット１２に磁界を与える磁石ユニット１３とを備えている。濾過槽１１の材料は鉄系などの磁性材料である。濾過槽１１の上部にカバー筐体１４が設けられている。濾過槽１１の内部に、濾過前の液Ｑ１が収容されるダーティ室１５と、濾過後の液Ｑ２が収容されるクリーン室１６とが形成されている。

ダーティ室１５は、濾材ユニット１２の下側に位置している。クリーン室１６は濾材ユニット１２の上側に位置している。クリーン室１６の上部は隔壁１７によって気密に閉塞されている。隔壁１７の下方に磁石収納室１８が形成されている。磁石収納室１８は上下方向に延びている。磁石収納室１８に磁石１９が収容されている。

濾過槽１１の下部に、ダーティ室１５に開口するダーティ液入口２０が形成されている。濾過すべき微粒子を含むダーティ液は、このダーティ液入口２０からダーティ室１５に導入される。濾過槽１１の上部に、クリーン室１６に開口するクリーン液出口２１が形成されている。

図２に示すように、クリーン液出口２１にクリーン液管２２が接続されている。このクリーン液管２２に、大気圧開放手段であるエアバルブ２３を備えたエア供給管２４が接続されている。エアバルブ２３を開放することにより、クリーン室１６を大気に開放することができる。濾過槽１１の底部すなわちダーティ室１５の底部に、ドレンバルブ２５を備えたドレンポート２６が設けられている。

好ましくは、前記エア供給管２４に圧搾エアの供給源２７が接続され、濾過槽１１の上部のクリーン室１６内に圧搾エアを供給することができるようになっている。エアバルブ２３と、エア供給管２４と、圧搾エアの供給源２７は、補助エア供給手段２８として機能する。

図３に示すように濾材ユニット１２は、濾材収容ケース３０と、濾材収容ケース３０の内部に収容された多数の球形の磁性粒濾材３１とを有している。磁性粒濾材３１の一例は鉄等の磁性材料からなる金属球であり、磁界を与えたときに図４に示すように互いに吸着し合うようになっている。また磁界を与えない自由状態のもとでは、磁力による吸着が解かれ、各磁性粒濾材３１が互いにある程度動くことが可能である。磁性粒濾材３１の表面はボールベアリングのように滑らかであり、洗浄しやすい形態である。

濾材収容ケース３０に収容される全ての磁性粒濾材３１の直径は互いに同等でよいが、直径が異なる複数種類の磁性粒濾材３１を混ぜてもよい。また、球以外の形状の磁性粒濾材が用いられてもよい。要するに磁性粒濾材３１は、磁石ユニット１３によって磁界を与えたときに磁性粒濾材３１どうしが動かないように吸着し合い、磁界を除いたときに磁性粒濾材３１どうしの吸着が解除されるように、磁性材料によって構成されていればよいから、形状は問わない。

濾材収容ケース３０は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）等の非磁性材料からなる上下一対の非磁性メッシュ部材３５，３６と、非磁性メッシュ部材３５，３６の周囲に設けられた枠部材３７と、非磁性メッシュ部材３５，３６の端部に設けられた磁力増強プレート４０によって構成されている。枠部材３７は非磁性メッシュ部材３５，３６と同様にステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）等の非磁性材料からなる。非磁性メッシュ部材３５，３６間に、磁性粒濾材３１が複数列並んだ状態で収納されている。

非磁性メッシュ部材３５，３６に、それぞれ、水平方向に長い形状のスリットからなる多数の流通孔３５ａ，３６ａ（図３に示す）が形成されている。これら流通孔３５ａ，３６ａの幅（狭い方の幅）は、磁性粒濾材３１の直径よりも小さい。このため磁性粒濾材３１が流通孔３５ａ，３６ａを通り抜けることを阻止できる。要するに非磁性メッシュ部材３５，３６は、収容された磁性粒濾材３１を支持することができ、かつ、液が上下方向に通り抜けることができるものであればよい。

濾材ユニット１２の水平方向の端部、すなわち磁石１９から遠い側の端部に、磁力増強プレート４０が設けられている。この磁力増強プレート４０は、鉄等の磁性材料からなり、濾材ユニット１２の幅方向の全長Ｗ（図２に示す）にわたって設けられている。磁石１９が図１に示す第１の位置にあるとき、磁石１９と磁力増強プレート４０との間に磁性粒濾材３１が位置するようになっている。

磁石１９は磁石収納室１８に収容され、上下方向に移動することができる。磁石１９の一例は、強力な永久磁石である。この磁石１９は、濾材ユニット１２に対し、図１に示す第１の位置と、図５に示す第２の位置にわたって移動する。磁石１９が第１の位置にあるとき、磁性粒濾材３１に磁界が与えられることにより、磁性粒濾材３１どうしが磁気的に吸着して固定される。磁石１９が第２の位置に上昇すると、磁性粒濾材３１どうしの磁気的な吸着が解かれ、磁性粒濾材３１がある程度動きうるようになる。

磁石１９を前記第１の位置（図１）と第２の位置（図５）とに移動させるための保持手段として、昇降ロッド４５と、各昇降ロッド４５の上端部どうしをつなぐ連結部材４６と、連結部材４６に固定された操作部材４７などが設けられている。昇降ロッド４５は磁石収納室１８に挿入され、磁石１９と共に上下方向に移動することができる。操作部材４７は手動あるいは図示しないアクチュエータによって上下方向に駆動され、磁石１９を前記第１の位置と第２の位置とに移動させることができるように構成されている。

磁性粒濾材３１の上方に液中エア吹付け機構５０が配置されている。液中エア吹付け機構５０の一例は、水平方向に延びるパイプ５１の下面側に、該パイプ５１の軸線方向に所定ピッチでエア噴出孔５２を形成することによって構成されている。図２に示すように、液中エア吹付け機構５０に、エア供給管５３と開閉弁５４を介して、圧縮エア供給源５５が接続されている。開閉弁５４は手動によって操作されるものでもよいが、好ましくは、コントローラ５６によって電気的に開閉される電磁弁が採用される。

図３に示すように、液中エア吹付け機構５０のパイプ５１の下面から濾材収容ケース３０の上面までの距離Ｈは、例えば、１０〜２０ｍｍである。エア噴出孔５２の孔径の一例は１．８ｍｍ、孔間のピッチの一例は６０〜７０ｍｍであるが、これらの値に制約されるものではない。

図５に示すように、磁性粒濾材３１を洗浄する際に、圧縮エア供給源５５から液中エア吹付け機構５０に圧縮エアが供給され、この圧縮エアが、エア噴出孔５２から濾材ユニット１２の磁性粒濾材３１に向けて噴出するようになっている。

図６と図７は、前記濾過装置１０を有する濾過設備６０の概要を示している。この濾過設備６０は、濾過すべき液Ｑ１を収容するダーティタンク６１と、濾過後の液Ｑ２を収容するクリーンタンク６２と、前記濾過装置１０と、スラッジ処理装置６３などを備えている。除去すべき微粒子等を含むダーティ液Ｑ１は、ポンプ６５と配管６６およびバルブ６７を経て、濾過装置１０のダーティ液入口２０に供給される。クリーン室１６内の濾過された液Ｑ２は、バルブ７０と配管７１を経てクリーンタンク６２に回収される。

ポンプ６５と配管６６は、濾過槽１１内の液Ｑ１を濾過する際に、この液Ｑ１を磁性粒濾材３１の下側から上側に向って移動させるための液供給手段８０として機能する。ドレンバルブ２５とドレンポート２６は、磁性粒濾材３１を洗浄する際に、磁性粒濾材３１の上側に存在する濾過後の液Ｑ２を落とすための液排出手段８１として機能する。

ダーティ液Ｑ１を濾過するための濾過工程では、図６に示すようにバルブ６７，７０を開弁させ、ドレンバルブ２５を閉じる。そしてダーティタンク６１内のダーティ液Ｑ１をポンプ６５によって濾過装置１０のダーティ室１５に供給する。また、磁石ユニット１３の磁石１９を第１の位置（図１）に移動させることにより、磁性粒濾材３１に磁界を与える。

前記磁界によって、図４に示すように磁性粒濾材３１どうしが互いに接した状態で固定され、磁性粒濾材３１の接触点Ｃに向かって、奥が狭い「くさび状」の狭小な隙間Ｇが形成される。ダーティ液Ｑ１が磁性粒濾材３１の接触点Ｃ付近を流れる際に、この隙間Ｇの奥などに微粒子Ｓが入り込み、微粒子Ｓが捕捉される。微粒子Ｓが磁性体の場合には、磁化した磁性粒濾材３１によって、微粒子Ｓが磁性粒濾材３１に吸着する。こうして、ダーティ室１５に供給されたダーティ液Ｑ１が、濾材ユニット１２を下から上に向かって通ることにより濾過され、クリーン室１６に流入する。

磁性粒濾材３１に捕捉された微粒子Ｓの量が増すと、濾過性能が低下する。濾過性能を回復させるために洗浄工程を実施する。洗浄工程では、図７に示すようにポンプ６５を停止させ、バルブ６７，７０を閉じ、エアバルブ２３（図２に示す）を開弁させることにより、クリーン室１６の内部を大気に開放する。また、ドレンバルブ２５を開弁させる。そして磁石１９を第２の位置（図５）に移動させることにより、磁性粒濾材３１に与えていた磁界を解除し、磁性粒濾材３１の吸着を解く。

クリーン室１６内のクリーン液Ｑ２が、自重によって濾材ユニット１２を通りながらダーティ室１５に向かって落ちる。このとき、エア供給管２４（図２に示す）から圧搾エアをクリーン室１６に供給し、クリーン室１６内の液Ｑ２の液面に大気圧以上のエア圧を加えることにより、液Ｑ２を速やかにダーティ室１５に向けて移動させてもよい。

この洗浄工程において、磁性粒濾材３１の上方に存在する濾過後の液Ｑ２の中に、エア噴出孔５２から磁性粒濾材３１に向ってエアを噴出させる。このエアによって、クリーン室１６内の液Ｑ２が、磁性粒濾材３１に向って流動するとともに、この液Ｑ２は、自重によって磁性粒濾材３１の間を通りながら、ダーティ室１５に向って移動する。

磁性粒濾材３１の表面はボールベアリングのように滑らかな球面である。このためエア噴出孔５２から濾材収容ケース３０までの距離Ｈが例えば１２ｍｍと小さくても、磁性粒濾材３１に衝突するクリーンな液Ｑ２が磁性粒濾材３１の間に入り込みながら、磁性粒濾材３１の周面に沿って流動することにより、磁性粒濾材３１全体をきれいに洗浄することができる。

図２に示す補助エア供給手段２８は、磁性粒濾材３１を洗浄する際に、磁性粒濾材３１の上側に溜まっている液（クリーン液Ｑ２）の上に、エアを供給する。このエアの供給により、磁性粒濾材３１の上側の液Ｑ２の液面に大気圧以上の圧力が加わり、液Ｑ２が磁性粒濾材３１の間を通って勢い良く流れ落ちることが補助される。

前記のように、洗浄工程において磁性粒濾材３１の上に存在するクリーンな液Ｑ２が、気泡と共にクリーン室１６から磁性粒濾材３１の間を通ってドレンポート２６に向かって勢い良く流れることにより、磁性粒濾材３１の表面が液Ｑ２によって洗い流される。いわばジェット洗浄である。スラッジ処理装置６３に排出された汚れた液に含まれるスラッジは、セパレータ等のスラッジ処理装置６３によって液から分離されて回収される。

以上説明したように本実施形態の濾過装置１０は、磁性粒濾材３１が一定レベル以上汚れたときに、必要に応じて濾過槽１１内のクリーンな液Ｑ２を利用して、磁性粒濾材３１の洗浄を容易にかつ迅速に行うことができ、短時間に濾過能力を回復することができる。しかも濾過装置１０自体をそのまま利用して洗浄を行うことができるため、ランニングコストが安くつく。なお前記濾過工程と洗浄工程とを、タイマによって自動的に切り替えて濾過装置１０を運転するようにしてもよい。

本実施形態の濾過装置１０は液中エア吹付け機構５０を備えており、磁性粒濾材３１の洗浄工程において、液中エア吹付け機構５０のパイプ５１の下面に開口しているエア噴出孔５２から、磁性粒濾材３１に向けて液Ｑ２中にエアを噴出させる。このエアの噴出によって、液Ｑ２中に含まれた微小な気泡と共に液Ｑ２が磁性粒濾材３１に向かい、この液Ｑ２が磁性粒濾材３１の外周面（球面）に触れながら、勢い良く下方に流れる。

この液Ｑ２の流れにより、磁性粒濾材３１の外周面に付着していた除去対象物が効果的に磁性粒濾材３１から除去され、液Ｑ２と共にドレンポート２６に向けて排出される。こうして磁性粒濾材３１をほぼ完全に洗浄することができ、その後に再開される濾過工程において、優れた濾過性能を発揮することができた。

なお本発明を実施するに当たって、濾過槽や磁性粒濾材、磁石、液中エア吹付け機構をはじめとする濾過装置の構成要素を、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜に変更して実施できることは言うまでもない。

本発明の一実施形態に係る濾過装置の縦断面図。 図１中のＦ２−Ｆ２線に沿う濾過装置の縦断面図。 図１に示された濾過装置の濾材ユニットの一部を拡大して示す断面図。 図１に示された濾過装置の磁性粒濾材の濾過時の作用を示す側面図。 図１に示された濾過装置の磁石が上昇した状態の縦断面図。 図１に示された濾過装置を備えた濾過設備の濾過時の状態を模式的に示す断面図。 図１に示された濾過装置を備えた濾過設備の洗浄時の状態を模式的に示す断面図。

符号の説明

１０…濾過装置
１１…濾過槽
１２…濾材ユニット
１３…磁石ユニット
１５…ダーティ室
１６…クリーン室
１９…磁石
２８…補助エア供給手段
３０…濾材収容ケース
３１…磁性粒濾材
５０…液中エア吹付け機構
８０…液供給手段
８１…液排出手段

Claims (2)

1. 濾過すべき液が導入される濾過槽と、
   前記濾過槽の内部に収容される濾材ユニットと、
   前記濾材ユニットに磁界を与える磁石ユニットと、
   を有する濾過装置において、
   前記濾材ユニットは、
   濾材収容ケースと、該濾材収容ケースの内部に収容された磁性材料からなる多数の磁性粒濾材を有し、
   前記磁石ユニットは、
   前記濾材ユニットに対して第１の位置と第２の位置とに相対移動可能で前記第１の位置において前記磁性粒濾材に磁界を与えることによって前記磁性粒濾材どうしを磁気的に吸着させて互いに固定し、前記第２の位置において前記磁性粒濾材どうしの磁気的な吸着を解除するための磁石とを有し、
   さらにこの濾過装置は、
   前記濾過槽内の前記液を濾過する際に前記磁性粒濾材の下側に存在する濾過前の前記液を前記磁性粒濾材の間を通しながら前記磁性粒濾材の上側に向って移動させる液供給手段と、
   前記磁性粒濾材を洗浄する際に前記磁性粒濾材の上側に存在する濾過後の液を前記磁性粒濾材の間を通しながら落とす液排出手段と、
   前記磁性粒濾材の上方に配置され、前記磁性粒濾材を洗浄する際に前記磁性粒濾材の上側の液中にエアを噴出するとともに、このエアによって付勢された液流を前記磁性粒濾材に向わせる液中エア吹付け機構と、
   を具備していることを特徴とする濾過装置。
2. 請求項１に記載の濾過装置において、さらに、
   前記磁性粒濾材を洗浄する際に前記磁性粒濾材の上側の前記液の液面に大気圧以上のエア圧を加えることによって該液を前記磁性粒濾材に向けて移動させる補助エア供給手段を有している。

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